风力发电机组控制技术教案

学习必备欢迎下载活和精神生活不断提高的同时，也越来越感悟第二种为变滑差变速机型，主要代表VestasV63,VstasV66,VstasV80.第三种是采用双馈发电机转差励磁方案，实现变速变距运行的机型，主要代表机型有DeWind公司的学习必备欢迎下载持恒定或不超过某一限定值，为此，采用了调速或限速学习必备欢迎下载学习必备欢迎下载空冷，还有一部分制造商采用水冷。水冷发电机学习必备欢迎下载某地一年内发生同一风速的小时数与全年小时数（8760h）的比速频率，如图2-2(a)所示，它是风能资源和风能电站可研报告的基本形、地势、高度、建筑物等密切相关，风能桨叶高度处学习必备欢迎下载（2-1）PSv3学习必备欢迎下载122—学习必备欢迎下载1F=P2142-v2)2-v2)(v+v)-2vv-3v2)（2-12）2128PP=Pv3C（2-16）PP1学习必备欢迎下载（3）转矩系数C和推力系数C。为了便于把气流作用下风力机所产生的转矩和TF11式中，T—风轮气动转矩，Nm；F—推力，N。动力F和F'。将F及F'分解成沿气流方向的分力F和对F'（阻力）及垂直气流方向的学习必备欢迎下载r于风轮旋转面的来流速度V与该叶片元的旋转线速度w的矢量和，如图2rrr可以分解为垂直于W方向的升力F，以及与W方向一致的ryr阻力F，也可以分解为在风轮旋转面内使桨叶旋转的力F以及对风轮正面的压力F。样的叶片不具备良好的气动特性。为了在沿整个叶片学习必备欢迎下载xd(2-22)ll——翼型的弦长，m；ldld式中，v——距地面H观测到的风速，m/s；HH——近似等于机舱中心高度，m。0学习必备欢迎下载w速度与弦线间的夹角；F为作用在桨叶上的力，可以分解为F、F两部分。其中F与dll增加，升力减小，造成叶片失速，从而限制了功功率反馈系统和变桨距执行机构，因而整机结构学习必备欢迎下载节型风力发电机组要小得多，可减小材料使用率，降低一套比较复杂的变桨距调节机构，要求风力机的变桨距学习必备欢迎下载第三章风力发电机组的控制系统控制系统贯穿到风力机的每个部分，相当于风力组控制系统由传感器、执行机构和软/硬件处理器系统组成，其中处理器置1）风速仪2）风向标3）转速传感器4）电量采集传感器5）桨距角位置传感器6）各种限位开关7）振动传感器8）温度和油位指示器9）液压系风力发电控制系统的基本目标分为三个层次功率输出单元、无功补偿单元、并网控制单元元等组成。具体控制内容有信号的数据采集和学习必备欢迎下载制动控制、安全保护系统、就地监控、远程监控针对上述结构，目前绝大多数风力发电机组直接布置在控制对象的位置。就地进行采集、控制、处控制与安全系统是风力发电机组安全运行的大脑学习必备欢迎下载机过程、电网或负载丢失时的停机、扭缆限制、机舱时键。风力发电机组的运行是一项复杂的操作，涉及的问学习必备欢迎下载30%，不同型号的机组数字不同。当风力发电机组学习必备欢迎下载（7）整个接地网的接地电阻应小于4Ω。复位，风力作用于风轮旋转平面上，风力发电机组慢慢起动，当发电机转速大于20%的方式视机组型号而定。正常情况下，风力发电机组转速路主接触器动作，机组并入电网运行。对于有大、小发（2）小风和逆功率脱网。小风和逆功率脱网是将风学习必备欢迎下载慢停机，进入待风状态。当风速再次上升，风力发电机组（3）普通故障脱网停机。机组运行时发生参数越（5）安全链动作停机。安全链动作停机指电控制系机组的安全停机，必须降低风力发电机组的功率，释度控制，同时投入气动刹车，脱网，转速降下来后，（9）功率调节。当风力发电机组在额定风学习必备欢迎下载组脱离电网运行时，也必须进行软脱网控制。利用软并网装置可完成软切入/软切出的转速时，旁路接触器动作，将主回路晶闸管断开，软切学习必备欢迎下载转换效率；高于额定风速时，它增加了传动系统的柔性变桨距调节型风机是通过变桨距调节，使风优点：风力机控制简单，可靠性好；缺点：由于转学习必备欢迎下载无功补偿装置、控制电路简单。各大风力发电制造商如Vestas、NEG、Micon、Nordex图3-2异步感应发电机图3-3绕线转子异步发电机图3-4双馈感应发电机学习必备欢迎下载电源激励，所不同的是转子绕组具有可调节图3-5双馈电机控制简图图3-6永磁直驱同步风力发电机组优点：发电机发出电能的频率、电压、电功率都是学习必备欢迎下载定桨距风力发电机组的主要结构特点:桨叶与轮毂的连接是固定的，即力系数C线性增大；在接近C时，增加变缓，达到C后开始减小。另风速增大，失速部分向叶尖片扩展，原先已失速学习必备欢迎下载学习必备欢迎下载影响功率输出。因此，当气温升高，空气密度就会学习必备欢迎下载力发电机组早在风速达到额定值以前就已开始失在高风速区，节距角的变化对其最大输出功率（额定功实上，调整桨叶的节距角，只是改变了桨叶对气流的失小功率（逆功率）状态切出，没有重新并入电网在发电机的协助下完成的，这时发电机作电动机运行，通常称为电动机起动（Motor学习必备欢迎下载8）维护开关在运行位置。上述条件满足时，按控制程序机组开学习必备欢迎下载计风力发电机组的有功功率、无功功率和总发电量学习必备欢迎下载学习必备欢迎下载风向标，以便互相校验，排除可能产生的错误信（1）增速器油温度2）高速轴承温度3）大发电机温度4）小发电机温度5）学习必备欢迎下载4.电缆扭转相对初始方位所转过的齿数显示机舱当前方位与尖扰流器2）松开机械刹车3）松开偏航制动器4）发电机脱网及脱网后的转速学习必备欢迎下载齿轮和轴承进行强制喷射润滑。当油温高于60°时，油冷却系统起动，油被送入增速器外的热交换器进行自然风冷或强制水冷。油温低于45°时，冷却油回路切断，停止处于待机状态。脱网动作过程如下：断开发电机接学习必备欢迎下载率降低时，同步转速下降，而发电机转速短时间不学习必备欢迎下载行→紧停。其主要控制指令为：①打开紧停电学习必备欢迎下载学习必备欢迎下载而变化；当功率超过额定功率时，变桨距机构开始工作学习必备欢迎下载变距风轮的桨叶在静止时，节距角为90°,如图4-14所示。这时气流对桨叶不产值，变桨距系统根据给定的速度参考值，调整节距桨叶节距不加以控制。在这种情况下，桨叶节距只是0°方向打开。直到发电机转速上升到同步速附近，变学习必备欢迎下载学习必备欢迎下载2.速度控制A（发电机脱网）到45°,风轮在空转状态进入同步转速。当转速从0增加到500r/min时，节距角给定3.速度控制B（发电机并网）低于额定值，发电机转差率将降低到2%，节距控制学习必备欢迎下载给出，在点划线限制的范围内，功率给定曲线是可过转子电流控制器(RCC)对发电机转差率进行控制，使发电机功率跟踪功率给即转子电流变化时，PI调节器迅速调整转子电阻，使转子电流跟踪给定值，如'mpU22e学习必备欢迎下载111212变到b点，而电磁转矩T保持不变，发电机转差率则从s上升到s。学习必备欢迎下载率因素，同时只用一级可控的功率单元，减小速控制环节，当风速低于额定风速，转速控制环节B根据转速给定值（高出同步转速3%~4%）和风速，给出一个节距角，此时发电机输出功速度反馈值，改变转子电流给定值，转子电流控制器根持不变，发电机输出的功率也保持不变；如果风速持续学习必备欢迎下载同相输出；在额定风速下，在最大升力桨距角叶尖速比运行，达到最大风能捕获效率；在额学习必备欢迎下载pppppr学习必备欢迎下载TSS对于任何其他转速n，有r 式学习必备欢迎下载但是由于风速测量的不可靠性，很难建立转速与风系仍然成立，即最佳功率P与转速的立方成正比ppp学习必备欢迎下载输出的功率和通过逆变器从转子输出的功率。风力机学习必备欢迎下载p定区，对于定速风力发电机组，风速增大，能量转ppp学习必备欢迎下载pp开始作发电运行。通过对发电机转速进行控制，风力发电机组逐渐进入C恒定区p（C=C这时机组在最佳状态下运行。随着风速增大，转速亦增大，最终达到一个允许的最大值，这时，只要功率低于允许的最大ppp（一）C恒定区pEQ\*jc3\*hps35\o\al(\s\up0(P),opt)随转速变化，由转速反馈算出。P以计算值为依据，连续控制发电机输出功率，使其跟踪P曲线变化。用目标功率与发电机EQ\*jc3\*hps35\o\al(\s\up0(P),opt)学习必备欢迎下载如果保持C（或λ)恒定，即使没有达到额定功率，发电机最终将达到其转速p为降低转速，发电机不仅有功率抵消风的气动能量，而且抵消惯性释放的能量。因此，要考虑发电机和变流器两者的功率极限，避免在转速降低过程中释放过多功率。例如，点，那就直接控制风轮，以便降低其转速。因此学习必备欢迎下载pp是能自然地对准风向，不需要特殊控制。尾舵面积A’与风轮扫略面积A之间应符合下l学习必备欢迎下载当控制器发出正常停机指令后，风力发电机组按下列程序停机1）切除补偿电容器2）释放叶尖阻尼板3）发电机脱网4）测量发电机转速下降到设定值后，投偏航系统一般由偏航轴承、偏航驱动装置、偏学习必备欢迎下载偏航轴承的轴承内外圈分别与机组的机舱和塔外齿形式应根据机组的具体结构和总体布置进行选择。偏航齿圈的结构简图，如图5-3分析应考虑两个主要方面：①在静态计算时，轴承的极端载荷应大于静态载荷的1.1学习必备欢迎下载A具有强度的强度和韧性，如果采用焊接连接，材质还应a偏航计数器是记录偏航系统旋转圈数的装置，扭揽保护装置是偏航系统必须具有的装置，学习必备欢迎下载动进行解缠处理（偏航系统按缠绕的反方向调向720°或1080°),解缠结束后，控制缆缠绕传感器为例，VESTASV39型风力发电机组共有四个传感器用于监视电缆学习必备欢迎下载S105——偏航脉冲。电缆每转过153°,这一信号会改变，控制器使用它检查偏航态到暂停状态，且电缆被自动展开。如果风力发风向标在风中自由摆动，当风力发电机组处于上风向时，0°角传感器处于高电位与低学习必备欢迎下载（1）温度2）湿度3）阳光辐射4）雨、冰雹、雪和水5）化学活性物质6）机械活动微粒7）盐雾8）近海环境需要考虑附加特殊条件。2.电缆学习必备欢迎下载学习必备欢迎下载比较典型的工作环境除风况之外，其他环境（气（1）每月检查油位，如有必要，补充规定型号的油到正常油位2）2000h运行学习必备欢迎下载后，需要清洗剂清洗后，更换机油3）每月检查以确保没有噪声和漏油现象4）检（6）制动器的额定压力是否正常，最大工作压力是否为机组的设计值7）制动器压（1）每月检查摩擦片的磨损情况，检查摩擦片是否有裂缝存在2）当摩擦片的（5）每月对液压回路进行检查，确保液压油路无泄漏6）每月检查制动盘和摩擦片的清洁度、有无机油和润滑油，以防制动失效7）每月或每500h，应向齿轮副喷洒紧固力矩为机组设计文件的规定值，全面检（1）齿轮副的长期啮合运转2）相互啮合的齿轮副齿侧间隙中渗入杂志3）（1）液压管路出现渗漏2）液压系统的保压蓄能装置出现故障3）液压系统（1）润滑油或润滑脂严重缺失2）偏航阻尼力矩过大3）齿轮副轮齿损坏；学习必备欢迎下载（1）风向标信号不准确2）偏航系统的阻尼力矩过大或过小3）偏航制动力（1）连接螺丝松动2）异物侵入3）连接电缆损坏4）磨损。机的开关机指令。通常它由两个压力保持回路组成，一压力油被泄回油箱，气动刹车动作；稍后，机械刹车一刹车夹钳，使风轮停止转动。在两个回路中个装有两个12-1关闭。运行时，回路压力主要由蓄能器保持学习必备欢迎下载单、控制精度高、抗污染能力强、价格适中，收到学习必备欢迎下载生器，进行适当的接线，可启动或禁止该发生器，信号相加所得到的误差信号驱动放大器的输出级学习必备欢迎下载率或转速信号给出一个-10~+10V的控制电压，通过比例阀控制器转换成学习必备欢迎下载端，活塞向左移动，相应的桨叶节距向+88°方向调节，油从液压缸左端（前端）通过学习必备欢迎下载学习必备欢迎下载电压表测试电磁阀的工作电压；4）分别操作风力发电机组的开机、松刹、停机动作，值和风速值5）试验结果正常时，将转速设置改制系统和通信系统。雷击事故中的40~50%涉及到风力机控制系统的损坏，15~20%涉及学习必备欢迎下载车的电磁阀就会立即打开，液压系统会失去压力零。大型的级组在极短的时间内完成制动过程，电机组安全。然而，电网故障无需紧急停机。突学习必备欢迎下载成一个回路，当安全连动作后将引起紧急停机，执行机触发安全链：叶轮过速、机组部件损坏、机组振动、扭风电场控制系统的主要干扰源有：工业干扰控硅等；自然界干扰、雷电冲击、各种静电放电、磁爆控制系统工作的稳定性。从干扰的种类来看，可分为交参考关于电磁兼容(EMC)的有关国家标准、国际标准，风电场控制GB/T13926.2(IEC801)《工业过程测量和控制装置的电测兼容性静电放电要求》。GB/T13926.3(IEC801)《工业过程测量和控制装置的电磁兼容性辐射电磁场要求》，GB/T13926.4(IEC801)《工业过程行的前提下，才可以讨论机组的最优化设计、提学习必备欢迎下载流器在理心理作用下，按设计的轨迹转过90°,在空气阻力下气制动作用。求高，漏油的可能性增大。所以，在大中型风力发电机障信号，执行安全停机。根据风速、风轮转速断故障原因。如有风速，有转速，但未收到制学习必备欢迎下载发电机主接触器跳开，第二部机械刹车被投入（1）所有的继电器、接触器失电2）叶尖扰流器和两部机械刹车同时投入，发达到设定值时，突开阀被打开，压力油被泄回油箱，叶速脱离桨叶主体，旋转90°成为阻尼板，使机组在控制系统或监测系统或电磁学习必备欢迎下载（1）晶闸管的瞬时过电压屏蔽2）计算机的瞬时过电压屏蔽3）所有传感器学习必备欢迎下载变桨距是指大型风力发电机组在轮毂上的叶动变桨距结构。我国浙江大学等单位也对大型风力发电机组独立桨叶控制系学习必备欢迎下载角调整到90°的位置可以提供足够的刹车制动能变桨距控制是根据安装在发电机后方输出轴轴控制柜、三个电池柜、三个叶片编码器、三个电机编码学习必备欢迎下载高，而且两个绕组何时切换是该系统控制的难点，新疆水利厅风电场引用丹麦的600kW学习必备欢迎下载22输出无功功率起到就地无功补偿的作用，又可以吸收过用。另外，变频器安装于转子侧，其容量仅为发电学习必备欢迎下载发电机和同步发电机的特性，如果从发电机转速是否与同步转速一致来定义，则DFIG机的特点。例如，异步发电机是通过定子由电网提供励磁，本身无励磁绕组，而DFIG与同步发电机一样，具有独立的励磁绕组，异步发电机无法改变功率因数，DFIG与同行交流励磁，可调量有三个：一是励磁电流幅值；而使励磁电流频率，DFIG可以实现变速恒频运行，改变转子励磁电流频率的相位，学习必备欢迎下载机转速时时刻变化的，如潮汐电站中，水头是变化的，原动机磨损增大，发电质量下降或被迫降低出力，甚至停机。DFIG可通过调节转子励势是单机容量越来越大，送电距离日益增长，输电线电荷变化率也随社会需求越来越大，经常出现输电线传因f=n/60及f=n/60，故有学习必备欢迎下载从式（7-2）可知，当发电机转速n变化时，可通过调节转子励磁电流频率f保持r2定子输出电能频率f1恒定，这是变速恒频运行的原理。当发电机亚同步运行时，f2>0转子绕组相序与定子相同；当发电机超同步运行时，f<0，转子绕组相序与定子相反；2当发电机同步速运行时，f=0，转子进行直流励磁。2学习必备欢迎下载写成矩阵的形式为：u=Ri+dΨTTTTTT学习必备欢迎下载L——与转子绕组交链的最大互感磁通对应的转子互感，L=L；r——转子的位置角（电角度wr=。rrelggg有非线性、时变性、强耦合的特点，分析和求解学习必备欢迎下载学习必备欢迎下载（7-7）iw=w-w——dq坐标系相对于转子的角度度。d2=-Lmid1+L2id2)}L=L+1.5L——dq坐标系下两相定子绕组的自感；L=L+1.5L——dq坐标系下两相转子绕组的自感。学习必备欢迎下载根据不同的风况，交流励磁变速恒频风力发电系统的运行区域可以划分为三个。第一个区域是起动阶段，此时风速从零上升第二个运行区域是风力发电机并入电网并运随风速变化相应地进行调节，确保风力机的风能利用系数C始终保持为最大值C，p故该区域又称为C恒定区。在C恒定区追踪最大风能时，风力机控制子系统进行定桨pp学习必备欢迎下载第三个区域为功率恒定区。随着风速和功率p阶段，对发电机进行并网控制，发电机无功率输出；AB段为p做变速运行以追踪最大风能；BC段为转速恒定区，随着风速增大，转速保持恒定，功率将增大；CD段为功率恒定区，随着风速增大，控p根据交流励磁变速恒频风力发电机组的运行在定桨距情况下，同一个风速下不同的转速会使最佳功率曲线，必须在风速变化时及时调整转速w,保持最佳叶尖速比时间常数大，动态性能差，调速精度低，机械调速机构系统的控制对象为电气量，时间常数小，动态响应快，学习必备欢迎下载veDFIG的参考输出有功功率P*。式（7-11）中，令P=P=KW3，即令风力机按最佳学习必备欢迎下载1计算出P*和Q*后，就可实施对DFIG的功率控制，以期实现变速恒频运行和P，Q学习必备欢迎下载DFIG定子绕组直接连在无穷大电网上，可以近似地认为定子于转子静止，相对于定子绕组以转子角速度w逆时针方向旋转。mt坐标系以同步速wrl（7—13）w=w-w——mt坐标系相对于转子的角速度。学习必备欢迎下载（7-16）1（7-17）别与定子电流在m、t轴上的分量i,i成正比，调节i,i可分别独立调节有功功率P、无功功率Q。111mm学习必备欢迎下载1P*和Q*与功率反馈值P、Q进行比较，差值经PI型功率调节器运算，输出定子电流无功分量及有功分量参考指令i*,i*。根据i*,i*计算得到转子电流的无功分量和有功分量参考指令i*,i*，i*,i*和转子电流反馈值i,i比较后的差值送入PI型电流调学习必备欢迎下载PI学习必备欢迎下载运转更安全可靠，电机的重量轻，体积小，制造工学习必备欢迎下载频率相位及相序，其具体过程：当风速超过风力发学习必备欢迎下载生振荡和失步，运行非常稳定。然而，异步发电机并网供电系统将受到4~5倍发电机额定电流的冲击，系统电压瞬时严重下降（如国产FD-32-200型风力发电机在上海电机厂与同步转速附近做并网试验时，洗系统学习必备欢迎下载值与电网电压下降的幅度。如比利时200kW风力发电机组并网时各相串接有大功率电捕捉式准同步快速并网技术的工作原理是将常规作准确、快速可靠，既能实现几乎无冲击准同步并网，学习必备欢迎下载），作为电动机运行，随着转速升高，其转差率逐渐风力发电机组中普遍采用的，我国引进和自行开发研制生产的250KW、300KW、600KW动、三相电压及电流不平衡、电压偏差、频率偏学习必备欢迎下载发电机的频繁掉线。尤其是越来越多的大型风力发电机输电网，与风电场并网有关的电压、无功控制、有功调电压失稳。采用异步发电机，除非采取必要的预防线损增加，送电距离远的末端用户电压降低。电网的负荷，不具有可预测性；富国把它看作电源，可靠性学习必备欢迎下载式不相应的作出调整和优化，系统的动态响应恩呢管当平均风速高于3m/s时，风轮开始逐渐起动，风速继续升高，当风速大于4m/s3.0S,可以断定晶闸管故障，需要安全停机。由于并网过进行的，这时转差不大，冲击电流较小，主要是励磁涌流的存在，持续30~40ms。因此学习必备欢迎下载测，因此，应迅速投入发电机接触器，执行软并器，使转速下降到小发电机并网预置点以下，再由液压学习必备欢迎下载技术，根据电流反馈值，控制起动电流，以减小较大的范围内变化，故适用于变速恒频风力学习必备欢迎下载在交流励磁变速恒频风力发电系统中，DFIG采用电力电子变换器作为转子的励磁步运行时，能量从电网流向转子；超同步运行时，能量从转子流学习必备欢迎下载器从电网吸收无功功率。另一方面，为了建立额定气隙磁通，DFIG转子需要吸收一定变换器，谐波污染小，输入、输出特性好，其次应这是一种由反并联的晶闸管相控整流电路构成交-交直接变换型式的变换器。改变低次谐波含量达，但结构和控制复杂。交-交变换电路主要用于大功率的变速恒频水力这也是一种交-交直接变换电路，所用的开关器件为全控型控制方法还不成熟。此外，无需电容等无源器件，用作通用变频器采用不控整流-PWM逆变的电路拓扑方案可以使输出电压正弦学习必备欢迎下载随着PWM（脉宽调制）技术和高速自关断型电力的成熟，PWM整流技术取得了很大的进展，利用此项技术可获得优良的输入特性。PWM侧边换器的主要功能是实现交流侧输入单位功率因数控学习必备欢迎下载在电压定向矢量控制下网侧变换器工作于整流状态。DFIG超同步运行时，转子需要向器）和电压定向矢量控制（网侧变换器）的共同作用下，两个变学习必备欢迎下载ride-through）,并在故障切除后能尽快帮助电力系统恢已有一些新的电网运行规则被提出。例如，德国北部的8-6所示的电压范围内（即图8-6中阴影区）不脱网运行。为了保证电网故障时双献报道，当前的低电压穿越技术一般有三种方案：电机励磁变换器，同时投入转子回路的旁路（释能学习必备欢迎下载学习必备欢迎下载转换。以上数据信号采集点集中，数据流量大，学习必备欢迎下载转化为数字信号，模块采用RS-485通信为0°轴，二号传感器同一号传感器成90°根据现场空间布置，可采用霍尔元件将转速学习必备欢迎下载在电气量大致限制时迅速反应，减少事故。可能发生的学习必备欢迎下载进行状态设置和控制，如开机、停机、